Eins und Eins macht Eins

Neue Gebersysteme ermöglichen es, dass Servomotoren und Umrichter künftig nur ein statt zwei Kabel für die Übertragung der Lageinformation benötigen. Helukabel hat die Kabel dazu.

Es ist etwas ungewöhnlich, aber umso interessanter, dass ein neu entwickeltes Bauteil früher oder später den ganzen Markt umkrempelt. Als Sick im Herbst 2011 die Hiperface DSL Encoder zur SPS IPC Drives präsentierte, gab es zwar schon Wünsche der Antriebshersteller nach einer digitalen Version, aber noch nicht einen Motor, auf den der Encoder passte. Bislang waren die Komponenten eines Servoantriebs, bestehend aus Motor und Regler, über zwei separate Anschlusskabel für Energieversorgung und Datenübertragung miteinander verbunden. Auf dem Servomotor befindet sich der Geber, der die Rotorstellung feststellt und das Ergebnis zur Steuerung kommuniziert. Für diese permanente Soll-Ist Abfrage gab es auf jedem Servomotor bislang zwei Anschlussstecker: einen für die Leistungsversorgung des Motors und einen für die Datenübertragung des Gebers.

Aber bitte nicht stören

Bei der neuen Technik erfolgt die gesamte Motor-Feedback-Kommunikation nur noch über das Motorkabel. Hierzu wird die Datenübertragung auf die Versorgungsspannung aufmoduliert. Spezielle Verfahren und die Verwendung von Pulstransformatoren sorgen dafür, dass das Gebersignal von den Störungen auf dem Motorleistungskabel entkoppelt wird. Mit der digitalen Motorfeedback-Schnittstelle Hiperface DSL erfolgt die Kommunikation zwischen Frequenzumrichter und Motor-Feedback-System nur noch über zwei Adern. Aus je einem Kabel für Motor- und Geberleitung wird ein Hybridkabel, es entfallen Anschlussstecker und der Bauraum sowie Installationsaufwand der elektrischen Leitungen verringern sich.

Noch nicht alle Antriebssysteme können die Daten des Hyperface DSL Protokoll entschlüsseln und auch die Regler müssen entsprechend umkonstruiert werden. Thomas Pikkemaat, Produktmanager Antriebstechnik bei der Helukabel GmbH in Windsbach ist sich sicher, dass nicht alle herkömmlichen Antriebe durch die Einkabel-Lösung ersetzt werden, vermutet aber auch: "Voraussichtlich wird die Hiperface DSL-Technik der Schnittstellen-Standard der Zukunft werden". Doch bis dahin sei es noch ein langer Weg. Denn die Hiperface DSL-Technik stelle auch die Hersteller von Kabel und Leitungen vor neue Herausforderungen.

Neuland für den Leitungsspezialisten

"Früher hatten wir ein oranges und ein grünes Kabel, die zusammen abgeschirmt in einem gewissen Abstand in einer Schleppkette lagen. Teilweise waren die Geberkabel nochmal mit Innenschirmen versehen. Wir hatten also einen räumlichen Abstand und teilweise drei Schirme, um die Störungen voneinander fernzuhalten", beschreibt der Produktmanager die Problematik. Bei dem jetzt zusätzlichen Paar innerhalb einer Leitung fehle der Außenschirm von der Geberleitung und es besteht eine räumliche Nähe. "Ich kann natürlich dieses Paar doppelt schirmen", so Pikkemaat. Die Schwierigkeit sei aber die Bewegung des Kabels innerhalb der Schleppkette. Dabei lässt die Schirmfähigkeit vom Schirmgeflecht nach. Es brechen Drähte, die Fachungen gehen auf, und ob der Encoder so gesendete Signale noch lesen kann, hänge nicht von der Absolutstörung sondern von der Summe der Einzelstörungen ab. Je länger das Kabel desto größer sei die Anzahl der einzelnen Störungen und irgendwann wäre der Punkt erreicht, wo die Signale unlesbar würden. "Die Gefahr für den Maschinenbauer besteht darin, dass beim Einsatz einer x-beliebigen kostengünstigen Standardleitung die Schirmwirkung von diesem Pärchen in der Kette nach einer gewissen Zeit nachlässt", so Pikkemaat. "Das kann nach 100.000 oder erst nach 1 Million Zyklen sein. Es gibt hierfür noch keine allgemeingültigen Erfahrungswerte."

Beim Einsatz der Hiperface DSL-Technik müssen zwei Anforderungen miteinander kombiniert werden: Zum einen sind die elektrischen Vorgaben des Encoders einzuhalten. Zum anderen gibt der Servomotoren-Hersteller die elektrischen Eigenschaften der Kabel vor. "Wir werden oft gefragt, ob es dafür nicht eine Standardlösung gibt", so der Pikkemaat. "Das muss ich zurzeit noch verneinen, weil sich noch kein Standard heraus kristallisiert hat. Jeder Motorenhersteller setzt andere Kabel und unterschiedliche Stecker ein. Damit ist das im Moment ein sehr Antriebshersteller gesteuertes Thema", gibt er zu bedenken. Helukabel habe aber bereits solche Hybridleitungen gebaut und getestet: "Wir sind im Moment im Markt der Kabelhersteller mit dem größten Erfahrungsvorsprung".

Die ersten werden die besten sein

"Aufgrund der positiven Argumente für die Hiper DSL-Technik und trotzdem uns diese als Kabelhersteller eher im Gegenteil treffen, haben wir uns frühzeitig sehr intensiv mit dieser Lösung beschäftigt", sagt Pikkemaat. "So haben wir heute bereits Felderfahrung und können den Antriebsspezialisten funktionierende, langlebige Lösungen bauen." Die Kabel sind allerdings aufwendiger und mit hochwertigen Materialien ausgestattet. An Stelle des normalen Kupfergeflechts werden spezielle Materialien verwendet. Helukabel könne so für seine Leitungen die gewohnten fünf Millionen Zyklen garantieren. "Unser Know-how liegt übrigens nicht darin, eine Hybridlösung zu bauen, das kann jeder andere Kabelhersteller auch. Unser Erfahrungsvorsprung liegt vielmehr darin, dass wir das Hiperface DSL-Element inklusive seiner Schirmung geprüft haben", unterstreicht der Produktmanager die Kompetenz seines Unternehmens.

Natürlich entwickeln die Windsbacher diese neue Kabeltechnik auch weiter. Bei den ersten Kundenanfragen wollten die Entwickler zunächst auf der sicheren Seite sein und haben eine Leitung bestehend aus den besten Materialien gebaut. Diese war zwar zunächst sehr teuer, aber sie konnten sich sicher sein, dass sie funktioniert. In einem zweiten Stepp möchte Helukabel nun die Leitung 'downgraden', sie wieder testen und dann eine günstigere Alternative anbieten.

Das Unternehmen habe auch insgesamt die meisten Freigaben in der Antriebstechnik. Kunden aus dieser Branche auditieren besonders gewissenhaft. Vor einer Zusammenarbeit schauen sie sich oft die Fertigung an, begutachten die Testmöglichkeiten, möchten Referenzen sehen, die Kabel werden bemustert, etc. Solche Freigabeprocedere würden teilweise bis zu einem Jahr dauern. Da ist es umso wichtiger, gut abzuschneiden. Denn wenn man erst einmal ein Audit bestanden hat, wird sich der Kunde so schnell keinen neuen Anbieter suchen.

Halle DC, Stand 211